ИСПЫТАНИЕ ЗОЛОШЛАКОВОГО МАТЕРИАЛА

Традиционные технологии производства и потребления энергии оказывают негативное влияние на окружающую среду, превращая ресурсы в источники загрязнения и вызывая тем самым значительный экологический ущерб.  Особое внимание в последнее время привлекают проблемы утилизации золошлаковых отходов (ЗШО) теплоэнергетических предприятий, требующие разработки экономически эффективных и экологически приемлемых методов их использования.

Ежегодно в России образуется более 25 млн т золошлаковых отходов. «Цитата» [5, с. 17]. Для складирования данных отходов приходится использовать значительные площади земли и затрачивать громадные средства на строительство золоотвалов. С продолжающимся накоплением золошлаковых отходов (ЗШО) в отвалах ТЭЦ данные сооружения становятся опасными объектами и оказывают влияние на окружающую среду путем газопылевыми выбросами, содержащими токсичные вещества: газы и частицы золы. Загрязнение атмосферы за счет газопылевых выбросов приводит к загрязнению почв, поверхностных и подземных вод на больших площадях. Систематическое выпадение загрязняющих веществ с атмосферными осадками приводит к постепенному накоплению веществ антропогенного происхождения в почвах, растительности, поверхностных и подземных водах, что способствует изменению их качества и химического состава. Полученные золошлаковые отходы ТЭЦ становятся серьезной экологической и экономической проблемой.

Разработка мероприятий по эффективному и экологичному использованию этого многотоннажного вида отходов становится одним из стратегических путей решения проблемы улучшения состояния окружающей среды в зоне работы ТЭЦ.

Сегодня рынок предлагает очень широкий ассортимент различных добавок для улучшения качества бетонов. Эффективным способом решения этой задачи может являться получение органоминеральной добавки (ОМД) за счет золошлаковых отходов (ЗШО). «Цитата» [6, с. 209]. Данная добавка очень выгодна, с одной стороны это один из путей снижения себестоимости строительной продукции, с другой, традиционные технологии производства и потребления энергии оказывают негативное влияние на окружающую среду и использование крупнотоннажных отходов значительно снизит экологический ущерб на окружающую среду.

Они широко применяются в качестве наполнителей при производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций. «Цитата» [1, с. 16]. Применяются только те золы, которые удовлетворяют ГОСТ 25818-91 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия». «Цитата» [4, с. 24]. При этом предполагается увеличение прочности композита при сохранении расхода вяжущего или экономия расхода вяжущего при сохранении прочности.

Лабораторные испытания были проведены на примере золы ТЭЦ-2 города Красноярска.

Оценка качества бетона осуществлялась испытанием в лабораторных условиях стандартных образцов бетона в формах, соответствующих требованиям стандарта по ГОСТу 22685-89. Для определения самой же прочности контролируемых образцов использовался ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

Результаты испытаний по определению предела прочности на сжатие образцов-кубиков цементного камня, модифицированного золовой добавкой в возрасте 7, 14 и 21 суток приведены в табл. 1.

Установлено, что введение в состав зольно-цементного раствора определенного количества воды, регулирует свойства полученного композита. Номинальная прочность 14 МПа была достигнута пропорцией 60 грамм цемента, 30 грамм золы и 50 грамм воды с выдержкой в 3 недели.

Таблица 1.

Прочность контролируемых образцов

Полученный результат соответствует классу бетона В10 и В12,5.

Данные табл. 1 показывают, что введение золы ТЭЦ-2 с последующим ее увеличением способствует повышению прочности полученного композита. Существенно повысить прочность бетона можно за счет ротации различных марок цемента. Золошлаковые отходы обладают свойством самостоятельного затвердевания и могут успешно применяться для возведения дамб золошлакоотвалов без специальных мероприятий. «Цитата» [2, с. 200]. Образование карбоната кальция так же, как и карбоната магния, происходит при взаимодействии золошлака с водой и углекислотой воздуха в процессе гидротранспортировании и хранения на золошлакоотвалах. При этом также образуются и другие соединения кальция имеющие вяжущие свойства. Поэтому гидратационное твердение свободного СаО с последующей карбонизацией его атмосферным диоксидом углерода СО₂ приводит к цементации отдельных зерен материала на золошлакоотвалах. Такой состав обеспечивает высокие значения коэффициента качества золошлаковых отходов.

Возможным направлением утилизации зол ТЭЦ является их использование в производстве строительных материалов как сырье для цементов и бесклинкерных вяжущих, позволяющих уменьшить расход цемента, песка и извести, улучшить ряд свойств бетонных смесей и бетонов, не снижая при этом заявленной прочности конструкций. Большую роль в использовании ЗШО играют зерновой и химический состав золы.

Проведенные исследования свидетельствуют о возможности использования таких зол в качестве активного гидратационно-твердеющего компонента. В бетонной смеси зола, добавляемая к цементу, не только выполняет функцию реакционно-активной минеральной добавки, но и увеличивает общее количество композиционного вяжущего, а совместно с водой повышает содержание водно-дисперсной предельно-разжиженной суспензии. Золошлаковые отходы вполне уверенно могут конкурировать с другими органоминеральными добавками, на примере портландцемента, в котором, так же как и в ЗШО характерно высокое содержание кальция и наличие клинкерных минералов.  Данную добавку можно применять в таких работах как:

• сооружение пешеходных и садовых дорожек (тротуарная плитка);
• создание основы для будущего дорожного полотна;
• сооружение площадок для стоянки автомобиля.

Технико-экономический эффект определяется не только улучшением технических свойств бетона и экономией цемента. Немалое значение имеет снижение стоимости бетона, уменьшение массы перевозимых его составляющих и готовых конструкций, а также снижение затрат на строительство и эксплуатацию золоотвалов и экономия при производстве цемента и заполнителей, уменьшение сопряженных затрат в других отраслях.

Таким образом, золошлаковые отходы, образующиеся на предприятиях при получении тепловой и электрической энергии, в частности на ТЭЦ-2 г. Красноярска «Цитата» [3, с. 151], могут быть использованы при реализации различных перспективных направлений народного хозяйства, нацеленных на снижение негативной экологической нагрузки на окружающую среду путем утилизации ЗШО. Так же при соответствующем обосновании свойства самоцементирующейся золы могут быть использованы для создания золобетонного экрана и промежуточных слоев при организации совместного складирования энергетических и коммунальных отходов, исследования в этом направлении продолжаются.

Список литературы:

1. Алимов, Л. А. Применение отходов теплоэнергетики в производстве новых эффективных строительных материалов / Л. А. Алимов, В. В. Воронин, А. В. Свиридов, Ю. Ю. Дубровина // Вестник Костромского государственного университета им. Н. А. Некрасова. – 2003. – Т.8. -№2. – С.16-19.
2. Варданян, М.А., Изучение влияния химической модификации на сорбционную способность золошлака. – Труды Братского государственного технического университета / Варданян М.А., Синегибская А.Д., Космачевская Н.П., Донская Т.А., Власова Ю.С. – Том 1. – Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. – 200 с
3. Белякова. Е.А. Золошлаковые отходы ТЭЦ и перспективы их утилизации / Е.А. Белякова, Р. Н. Москвин, В. С. Белякова // Образование и наука в современном мире. Инновации. –2016. –№5. – С. 151-157.
4. Калашников, В. И. Высокоэкономичный композиционный цемент с использованием золы-уноса / В.И. Калашников, Е.А. Белякова, О.В. Тараканов, Р.Н. Москвин // Региональная архитектура и строительство. – 2014. – №1. – С.24-29.
5. Кудрявый В. В., Котлер В. Р. Использование золошлаковых отходов на зарубежных ТЭС // Энергохозяйство за рубежом. 2012. № 5. С. 17–20.
6. Ускорение твердения цементных композитов модифицированных добавками с углеродными нанотрубками / Хузин А. Ф. [и др.] // Вестник волжского регионального отделения российской академии архитектуры и строительных наук. – 2014. – №17. – С. 209-214.